嵌入式系統(tǒng)論文(華夏學院)(編輯修改稿)
2025-07-23 15:21 本頁面
【文章內容簡介】 域，以“智能化”器件身份進入電子系統(tǒng)領域，沒有帶入“嵌入式系統(tǒng)”概念。因此，不少從事單片機應用的人，不了解單片機與嵌入式系統(tǒng)的關系，在談到“嵌入式系統(tǒng)”領域時，往往理解成計算機專業(yè)領域的，基于32位嵌入式處理器，從事網絡、通信、多媒體等的應用。這樣，“單片機”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見的兩個獨立的名詞。但由于“單片機”是典型的、獨立發(fā)展起來的嵌入式系統(tǒng)，從學科建設的角度出發(fā)，應該把它統(tǒng)一成“嵌入式系統(tǒng)”。考慮到原來單片機的電子系統(tǒng)底層應用特點，可以把嵌入式系統(tǒng)應用分成高端與低端，把原來的單片機應用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應用，含義為它的底層性以及與對象系統(tǒng)的緊耦合。一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機上的一個微小型的電機，當手機處于震動接收狀態(tài)時打開；也可以很復雜，如ＳＯＮＹ智能機器狗，上面集成了多個微上控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復雜的動作和感受種狀態(tài)信息。下面對嵌入式計算機系統(tǒng)的組成進行介紹。 硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ＲＯＭ中。 中間層硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板級支持包（Board Support Package,BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅動程序與硬件無關，上層軟件開發(fā)人員無需關心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進行開發(fā)。該層一般包含相關底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設備的配置功能。實際上,BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設計硬件相關的設備驅動。 系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實時多任務操作系統(tǒng)（Realtime Operation System,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網絡系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺。 無線智能家居控制系統(tǒng)總體結構及功能無線智能家居控制系統(tǒng)總體結構及功能文中提出的基于ARM9 的無線智能家居控制系統(tǒng)主要包括ARM9 核心控制模塊，無線通信模塊、LCD 觸摸屏模塊和家居電器，另外還有傳感檢測，語音報警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結構模型 圖如圖1 所示。其中ARM 是整個系統(tǒng)的控制核心，通過GPRS 和ZigBee 無線通信網絡收發(fā)控制指令實現(xiàn)對家居電器進行綜合監(jiān)控，同時提供防火墻的功能，阻止外界對家庭內部設備的非法訪問和攻擊。無線通信模塊分為本地和遠程兩部分，本地通信主要通過新型的ZigBee 無線通信技術實現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達到對其控制；遠程通信是利用手機通過GPRS 通信網絡或利用計算機通過互聯(lián)網實現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進而達到對家居電器的遠程監(jiān)控。采用無線通信技術省去了布線使家居布局更加靈活，遠程控制使家居電器工作更加貼近人們的工作和生活要求。智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括：①家居電器的綜合監(jiān)控：對所控制的家居電器進行開關、工作參數(shù)的設置和工作狀態(tài)的檢測。②室內環(huán)境信息采集：采集家居環(huán)境的溫度、濕度信息和煤氣、煙氣等有毒氣體的檢測。③自動報警：當檢測到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標，或檢測到有陌生人強行開啟室門或進入室內時就自動報警，告知居室主人。④本地控制：用戶在本地可通過計算機或家居電器本身的操作鍵對家居電器進行監(jiān)控。⑤遠程控制：用戶遠程可以通過手機短息或互聯(lián)網對家居電器進行控制或工作狀況查詢。⑥安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設備均可實現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對某設備進行操作，或某設備工作狀態(tài)異常時，系統(tǒng)將立即通知主人，以達到安全和防盜的目的。 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9 微處理器、GPRS 通信網絡、ZigBee通信技術、LCD 觸摸屏、語音報警和電源等模塊組成。 ARM9 微處理器微處理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微處理器, 采用了ARM920T 的內核， 標準宏單元和存儲器單元，最高主頻可以達到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 實現(xiàn)了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速緩沖體系結構，這一結構具有獨立的16Kb 指令Cache和16Kb 數(shù)據(jù)Cache，每個都是由具有8 字長的行組成。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設，無需配置額外的組件從而減少整體系統(tǒng)成本，為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。 無線通信網絡GPRS 網絡是覆蓋范圍最廣，性能較為完善的無線網絡，GPRS 網絡本身具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達128Kb/s，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。ZigBee 技術組成的無線傳感器網絡結構簡單、體積小、成本低；采用GPRS 網絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K體積小、功耗低，適合作為無線傳感器網絡的數(shù)據(jù)節(jié)點，ZigBee 技術與GPRS 通信網絡相結合組成
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